EP2067694A1 - Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb sowie Verfahren zum Betreiben eines derartigen Fahrrads - Google Patents

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EP2067694A1
EP2067694A1 EP08105397A EP08105397A EP2067694A1 EP 2067694 A1 EP2067694 A1 EP 2067694A1 EP 08105397 A EP08105397 A EP 08105397A EP 08105397 A EP08105397 A EP 08105397A EP 2067694 A1 EP2067694 A1 EP 2067694A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bicycle
electric machine
braking
generator
brake
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08105397A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mario Roessler
Markus Backes
Philipp Kohlrausch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2067694A1 publication Critical patent/EP2067694A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L2200/12—Bikes
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a bicycle with electric auxiliary drive and a method for operating an electric machine of such a bicycle.
  • Electric bicycles are known from the prior art in various configurations.
  • a bicycle is equipped with an electric motor to use an electric drive support, for example, when driving uphill, in headwind or as assistance in pedaling.
  • the electric motor is usually supplied by a battery which is e.g. is rechargeable on the mains. Due to technical advances, especially in the field of batteries or rechargeable batteries, in particular the weight and the size of such bicycles with electric motor could be reduced.
  • the known electric bicycles have the proven mechanical or hydraulic brake systems, which e.g. are provided as a rim brake or disc brake for front and / or rear wheels. An actuation of the known brakes takes place in particular via a brake lever attached to a handlebar.
  • the inventive bicycle with electric auxiliary drive with the features of claim 1 has the advantage over that an electric machine of the bicycle can be used as an electric motor for driving the bicycle and as a generator for charging a battery of the bicycle.
  • the electric machine of the bicycle can also provide braking energy, which is used to brake the bicycle.
  • the bicycle further comprises a mechanical or hydraulic or other conventional brake system and a sensor device to the one by the driver, for example by pressing a Brake lever to detect desired braking force.
  • a control unit is designed to operate the electric machine as a generator as a function of a signal of the sensor device and to provide at least part of the necessary braking power by the generator operation of the electric machine.
  • the brake system of the bicycle includes a handbrake, and the sensor device is integrated in the handbrake.
  • the sensor device can be integrated in a brake lever or a holder for the brake lever of the handbrake.
  • the sensor device comprises a strain gauge and / or a potentiometer.
  • a tensile force on the brake lever can be detected by measuring a change in length of the strain gauge and from this a desired braking force of the driver can be determined.
  • the potentiometer is preferably arranged on a Bautenzug the brake system and detects a change in the path of the Bautenzugs, based on this path change a desired braking force of the driver is determined. That is, when the driver operates the brake lever to a large extent, the strain gauge and the potentiometer detect large changes, which may be indicative of a strong braking request of the driver.
  • control unit preferably limits a charging current for charging the battery by means of the electric machine operated as a generator to a predetermined value.
  • control unit determines in a braking operation that a braking power up to a predetermined value takes place exclusively by means of the electrical machine operated as a generator.
  • the present invention relates to a method of operating an electric machine of a bicycle as a brake, wherein a control unit, after detecting a braking request of the driver, operates the electric machine as a generator to charge a battery of the bicycle and simultaneously decelerate the bicycle.
  • a deceleration of the bicycle can be done simultaneously by the electric machine operated as a generator and by an existing mechanical or hydraulic brake system of the bicycle.
  • braking of the bicycle takes place exclusively up to a predetermined braking power limit with the electric machine operated as a generator.
  • the limit preferably corresponds to a maximum charging current of the battery.
  • the control unit of the bicycle preferably divides a braking request of the bicycle into a first part and a second part, wherein the first part is generated exclusively with the electric machine operated as a generator and the second part by means of the existing mechanical and / or hydraulic brake system of the bicycle is produced.
  • the bicycle according to the invention or the method according to the invention thus make it possible that a range of a bicycle with auxiliary drive is significantly extended, since an energy generated during braking is used for recharging the battery of the bicycle. Furthermore, according to the invention, the components of the mechanical and / or hydraulic brake system are protected against too rapid wear. Furthermore, the bicycle according to the invention also has a very good braking effect, especially in the case of rain or a wet road surface. In this case, the bicycle according to the invention has a simple and robust operation.
  • FIGS. 1 to 5 a bicycle 1 with electric auxiliary drive according to a preferred embodiment of the invention described in detail.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a bicycle 1 with an electric machine 2 as an auxiliary drive.
  • the electric machine 2 can be operated as an electric motor and as a generator.
  • the bicycle comprises a battery 3, which is connected to the electric machine 2.
  • the battery 3 is used to store electrical energy with which the electric machine 2 can be operated as an electric motor to drive the bicycle exclusively or in addition to the muscle power of the driver.
  • the bicycle comprises a control unit 4 which controls the electric machine 2.
  • the bicycle 1 comprises a conventional brake system, which may be designed as a mechanical brake, for example as a rim brake or as a hydraulic brake. An actuation is preferably carried out via the handbrake lever on the handlebar.
  • the bicycle also includes a Sensor device 5, which is arranged on the brake system to detect a desired braking force by the driver.
  • the brake system is designed as a mechanical brake and includes a front brake 13 and a rear brake 14.
  • the front brake 13 is provided as a rim brake on the front wheel 10
  • the rear brake 14 is provided as a rim brake on the rear wheel 11.
  • a driver can drive the bike 1 by muscle power in a known manner.
  • the electric machine 2 are operated as an electric motor which drives the bicycle additionally or exclusively.
  • the electric motor is supplied with power via the battery 3.
  • the current that supplies the electric motor is thereby controlled by the control unit 4 as a function of a desired additional drive by the driver.
  • via the pedals 12 nor the muscle power of the driver can serve as a drive.
  • FIG. 2 shown.
  • the rear wheel 11 can be driven simultaneously by muscle power as well as by operating the electric machine 2 as an electric motor.
  • the bicycle 1 makes it possible for the electric machine 2 to be operated as a generator during a braking operation.
  • the battery 3 can be recharged and also a braking effect can be achieved by the generator operation of the electric machine 2.
  • FIG. 3 schematically shows the chain of action during a braking operation with the electric machine 2.
  • the kinetic energy of the bicycle in the form of the rotating rear wheel 11 is converted into electricity by the generator operation of the electric machine 2, the control unit 4 then the generated power for charging the battery. 3 used.
  • FIG. 5 it can be seen on a hand brake 6, which is arranged on a handlebar 7 of the bicycle, a sensor device 5 is arranged. How out FIG.
  • the sensor device 5 is arranged on a brake lever 8 of the hand brake 6.
  • the sensor device 5 of this embodiment is a strain gauge. By the tensile force on the brake lever 8 there is a change in length of the strain gauge, from which conclusions can be drawn on the braking force.
  • the strain gauge detects a braking force applied to the brake lever 8.
  • Of the Brake lever 8 is arranged in a known manner pivotally mounted on a handlebar 7 retaining element 9.
  • a Bautenzug 15 is also connected to the brake lever 8 and leads to a brake on the front wheel 10 and the rear wheel 11.
  • the second, not shown, the handbrake of the bicycle is the same as in FIG. 5 described constructed.
  • the sensor device 5 is connected to the control unit 4, wherein the control unit 4 in response to the signal of the sensor device 5, the electric machine 2 operates as a generator as soon as the driver realizes a braking request by operating the brake lever.
  • the strain gauge used as a sensor device 5 detects a force exerted on the brake lever 8 braking force of the driver, so that in dependence on the braking force to a height of the braking request, i. a light or a strong braking, can be closed.
  • the control device 4 limits the generator output of the electric machine 2.
  • the control device 4 thus controls the extent to which the braking force for a braking request of the driver by operating the electric machine 2 as a generator or by pressing the conventional brake system provided.
  • the control unit 4 can distribute a desired braking power to any extent on the electric machine in the generator mode or the normal mechanical brake system.
  • resistors may be provided, at which the power generated by the electric machine in the generator mode is converted into heat.
  • a reduction of wear of the mechanical brake system can be achieved.
  • safe braking can be achieved even on a wet road surface.
  • a driver only has to actuate the brake lever in the usual way, and the control unit 4 then determines to what extent a braking operation via the generator operation of the electric machine or the conventional brake system should be done.
  • a typical braking action of the bicycle is shown as a graph of braking force F over time t.
  • braking is first carried out exclusively by means of the electric machine 2 operated as a generator (solid line I).
  • the braking force increases linearly up to a value F1, which is reached at a time t1.
  • the braking force remains constant by the generator.
  • the mechanical braking which in FIG. 4 is indicated by the dashed line II.
  • the braking force generated by the mechanical brake system increases linearly.
  • the sensor device 5 which determines the force applied by the driver on the brake lever 8 and the control unit 4, measures a negative motor current, which is proportional to the force on the brake lever, based on the measured force value. 3.
  • the force applied by the driver increases at the brake lever or is greater than a maximum permissible charging current of the battery 3, the charging current is kept constant and the conventional brake is activated.
  • FIG. 6 shows an alternative embodiment of the handbrake 6.
  • handbrake has the handbrake 6 of FIG. 6 as sensor device, a potentiometer 16.
  • the potentiometer 16 is arranged on the holder 9 of the parking brake and determines a change in the path of the construction train 15 a brake lever 8 applied braking force.
  • the potentiometer is also connected to the control unit 4, so that the control unit 4 controls the electric machine 2 as a generator in dependence on the signals obtained from the potentiometer.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb, umfassend eine elektrische Maschine (2), welche als Elektromotor und als Generator betreibbar ist, einen Akku (3) zur Speicherung elektrischer Energie, welcher mit der elektrischen Maschine (2) verbunden ist, eine mechanische oder hydraulische Bremsanlage, eine Sensoreinrichtung (5), welche an der Bremsanlage angeordnet ist, um eine vom Fahrer gewünschte Höhe einer Bremskraft zu erfassen, und eine Steuereinheit (4), die ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem Signal der Sensoreinrichtung (5) die elektrische Maschine (2) als Generator zu betreiben und zumindest einen Teil der notwendigen Bremsleistung durch den Generatorbetrieb der elektrischen Maschine (2) bereitzustellen und gleichzeitig den Akku wieder aufzuladen.

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb sowie ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine eines derartigen Fahrrads.
  • Elektrofahrräder sind aus dem Stand der Technik in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt. Üblicherweise wird ein Fahrrad mit einem Elektromotor ausgestattet, um eine elektrische Antriebsstützung, beispielsweise bei Bergauffahrten, bei Gegenwind oder als Unterstützung beim Treten zu verwenden. Der Elektromotor wird dabei üblicherweise von einer Batterie versorgt, welche z.B. am Stromnetz wiederaufladbar ist. Aufgrund technischer Fortschritte, insbesondere im Bereich der Batterien bzw. Akkus, konnten insbesondere das Gewicht und die Größe derartiger Fahrräder mit Elektromotor reduziert werden. Zum Bremsen weisen die bekannten Elektrofahrräder die bewährten mechanischen oder hydraulischen Bremsanlagen auf, welche z.B. als Felgenbremse oder Scheibenbremse für Vorder- und/oder Hinterräder vorgesehen sind. Eine Betätigung der bekannten Bremsen erfolgt dabei insbesondere über einen an einem Lenker befestigten Bremshebel.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine elektrische Maschine des Fahrrads als Elektromotor zum Antreiben des Fahrrads und als Generator zum Aufladen eines Akkus des Fahrrads verwendet werden kann. Somit kann erfindungsgemäß die elektrische Maschine des Fahrrads auch eine Bremsenergie bereitstellen, welche zum Abbremsen des Fahrrads verwendet wird. Das Fahrrad umfasst ferner eine mechanische oder hydraulische oder andere konventionelle Bremsanlage sowie eine Sensoreinrichtung, um eine vom Fahrer, z.B. durch Betätigung eines Bremshebels, gewünschte Bremskraft zu erfassen. Eine Steuereinheit ist ausgelegt, um in Abhängigkeit von einem Signal der Sensoreinrichtung die elektrische Maschine als Generator zu betreiben und zumindest einen Teil der notwendigen Bremsleistung durch den Generatorbetrieb der elektrischen Maschine bereitzustellen.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Vorzugsweise umfasst die Bremsanlage des Fahrrads eine Handbremse, und die Sensoreinrichtung ist in die Handbremse integriert. Dadurch kann ein einfacher und platzsparender Aufbau für die Sensoreinrichtung erreicht werden. Die Sensoreinrichtung kann in einen Bremshebel oder eine Halterung für den Bremshebel der Handbremse integriert sein.
  • Weiter bevorzugt umfasst die Sensoreinrichtung einen Dehnungsmessstreifen und/oder einen Potentiometer. Mittels des Dehnungsmessstreifens kann durch Messung einer Längenänderung des Dehnungsmessstreifens eine Zugkraft am Bremshebel erfasst werden und von dieser eine gewünschte Bremskraft des Fahrers bestimmt werden. Das Potentiometer ist vorzugsweise an einem Bautenzug der Bremsanlage angeordnet und erfasst eine Wegänderung des Bautenzugs, wobei basierend auf dieser Wegänderung eine gewünschte Bremskraft des Fahrers bestimmt wird. D.h., wenn der Fahrer den Bremshebel in einem großen Umfang betätigt, erfassen der Dehnungsmessstreifen bzw. der Potentiometer große Änderungen, welche auf einen starken Bremswunsch des Fahrers schließen lassen können.
  • Um eine Beschädigung des Akkus zu verhindern, begrenzt die Steuereinheit vorzugsweise einen Ladestrom zum Laden des Akkus mittels der als Generator betriebenen elektrischen Maschine auf einen vorbestimmten Wert.
  • Weiter bevorzugt bestimmt die Steuereinheit bei einem Bremsvorgang, dass eine Bremsleistung bis zu einem vorgegebenen Wert ausschließlich mittels der als Generator betriebenen elektrischen Maschine erfolgt. Hierdurch können die mechanischen bzw. hydraulischen Bremsen vor Verschleiß geschützt werden, da immer zuerst die elektrische Maschine als Bremse verwendet wird.
  • Weiter bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine eines Fahrrads als Bremse, wobei eine Steuereinheit nach einem Erfassen eines Bremswunsches des Fahrers die elektrische Maschine als Generator betreibt, um einen Akku des Fahrrads aufzuladen und gleichzeitig das Fahrrad abzubremsen. Ein Abbremsen des Fahrrads kann dabei gleichzeitig durch die als Generator betriebene elektrische Maschine und durch eine vorhandene mechanische bzw. hydraulische Bremsanlage des Fahrrads erfolgen. Besonders bevorzugt erfolgt dabei bis zu einer vorgegebenen Bremsleistungsgrenze ein Abbremsen des Fahrrads ausschließlich mit der als Generator betriebenen elektrischen Maschine. Die Grenze entspricht dabei vorzugsweise einem maximalen Ladestrom des Akkus.
  • Vorzugsweise teilt die Steuereinheit des Fahrrads einen Bremswunsch des Fahrrads dabei in einen ersten Teil und einen zweiten Teil auf, wobei der erste Teil ausschließlich mit der als Generator betriebenen elektrischen Maschine erzeugt wird und der zweite Teil mittels der vorhandenen mechanischen und/oder hydraulischen Bremsanlage des Fahrrads erzeugt wird.
  • Das erfindungsgemäße Fahrrad bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen es somit, dass eine Reichweite eines Fahrrads mit Hilfsantrieb deutlich verlängert wird, da eine beim Bremsen erzeugte Energie zum Wiederaufladen des Akkus des Fahrrads verwendet wird. Ferner werden erfindungsgemäß die Bauteile der mechanischen und/oder hydraulischen Bremsanlage vor einem zu schnellen Verschleiß geschützt. Ferner hat das erfindungsgemäße Fahrrad auch insbesondere bei Regen oder einer nassen Fahrbahn eine sehr gute Bremswirkung. Dabei weist das erfindungsgemäße Fahrrad eine einfache und robuste Bedienung auf.
    • Zeichnung
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
    • Figur 1
    eine schematische Seitenansicht eines Fahrrads gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    Figur 2
    ein Blockschaltbild, welches eine Funktion der elektrischen Maschine als Antrieb verdeutlicht,
    Figur 3
    ein Blockschaltbild, welches die Funktion der elektrischen Maschine als Generator während eines Bremsvorgangs verdeutlicht,
    Figur 4
    ein Diagramm, welches eine Verteilung der erzeugten Bremskraft auf die elektrische Maschine und eine konventionelle Bremsanlage des Fahrrads verdeutlicht,
    Figur 5
    eine schematische Ansicht einer Handbremse mit einem Sensorelement, und
    Figur 6
    eine schematische Ansicht einer Handbremse mit einem alternativen Sensorelement.
    Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 ein Fahrrad 1 mit elektrischem Hilfsantrieb gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Detail beschrieben.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Fahrrads 1 mit einer elektrischen Maschine 2 als Hilfsantrieb. Die elektrische Maschine 2 kann als Elektromotor und als Generator betrieben werden. Ferner umfasst das Fahrrad einen Akku 3, welcher mit der elektrischen Maschine 2 verbunden ist. Der Akku 3 dient zur Speicherung von elektrischer Energie, mit welcher die elektrische Maschine 2 als Elektromotor betrieben werden kann, um das Fahrrad ausschließlich oder zusätzlich zur Muskelkraft des Fahrers anzutreiben. Ferner umfasst das Fahrrad eine Steuereinheit 4, welche die elektrische Maschine 2 steuert bzw. regelt. Weiter umfasst das Fahrrad 1 eine konventionelle Bremsanlage, welche als mechanische Bremse, beispielsweise als Felgenbremse oder auch als hydraulische Bremse ausgelegt sein kann. Eine Betätigung erfolgt dabei vorzugsweise über Handbremshebel am Lenker. Das Fahrrad umfasst ferner eine Sensoreinrichtung 5, welche an der Bremsanlage angeordnet ist, um eine vom Fahrer gewünschte Bremskraft zu erfassen.
  • Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Bremsanlage als mechanische Bremse ausgelegt und umfasst eine Vorderbremse 13 sowie eine Hinterbremse 14. Die Vorderbremse 13 ist als Felgenbremse am Vorderrad 10 vorgesehen und die Hinterbremse 14 ist als Felgenbremse am Hinterrad 11 vorgesehen. Über Pedale 12 kann ein Fahrer in bekannter Weise das Fahrrad 1 durch Muskelkraft antreiben. Ferner kann beispielsweise durch Betätigung eines Schalters o. Ä. die elektrische Maschine 2 als Elektromotor betrieben werden, welche das Fahrrad zusätzlich oder ausschließlich antreibt. Hierzu wird der Elektromotor über den Akku 3 mit Strom versorgt. Die Stromstärke, welche den Elektromotor versorgt, wird dabei durch die Steuereinheit 4 in Abhängigkeit von einem vom Fahrer gewünschten Zusatzantrieb gesteuert. Zusätzlich kann über die Pedale 12 noch die Muskelkraft des Fahrers als Antrieb dienen. Dies ist schematisch in Figur 2 dargestellt. Somit kann das Hinterrad 11 gleichzeitig durch Muskelkraft als auch durch Betreiben der elektrischen Maschine 2 als Elektromotor angetrieben werden.
  • Ferner ermöglicht es das erfindungsgemäße Fahrrad 1, dass während eines Bremsvorgangs die elektrische Maschine 2 als Generator betrieben werden kann. Dadurch kann der Akku 3 wieder aufgeladen werden und ferner eine Bremswirkung durch den Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 2 erreicht werden. Dies ist schematisch in Figur 3 gezeigt. Figur 3 zeigt schematisch die Wirkungskette während eines Bremsvorgangs mit der elektrischen Maschine 2. Die kinetische Energie des Fahrrads in Form des sich drehenden Hinterrads 11 wird durch den Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 2 in Strom umgewandelt, wobei die Steuereinheit 4 dann den erzeugten Strom zum Aufladen des Akkus 3 verwendet. Hierzu ist, wie aus Figur 5 ersichtlich ist, an einer Handbremse 6, welche an einem Lenker 7 des Fahrrads angeordnet ist, eine Sensoreinrichtung 5 angeordnet. Wie aus Figur 5 ersichtlich ist, ist die Sensoreinrichtung 5 an einem Bremshebel 8 der Handbremse 6 angeordnet. Die Sensoreinrichtung 5 dieses Ausführungsbeispiels ist ein Dehnungsmessstreifen. Durch die Zugkraft am Bremshebel 8 erfolgt eine Längenänderung des Dehnungsmessstreifens, aus welcher Rückschlüsse auf die Bremskraft gezogen werden können. Der Dehnungsmessstreifen erfasst dabei eine am Bremshebel 8 aufgebrachte Bremskraft. Der Bremshebel 8 ist in bekannter Weise schwenkbar an einem am Lenker 7 befestigten Halteelement 9 angeordnet. Ein Bautenzug 15 ist ebenfalls mit dem Bremshebel 8 verbunden und führt zu einer Bremse am Vorderrad 10 bzw. am Hinterrad 11. Die zweite, nicht gezeigte Handbremse des Fahrrads ist dabei gleich wie die in Figur 5 beschriebene aufgebaut.
  • Die Sensoreinrichtung 5 ist mit der Steuereinheit 4 verbunden, wobei die Steuereinheit 4 in Abhängigkeit von dem Signal der Sensoreinrichtung 5 die elektrische Maschine 2 als Generator betreibt, sobald der Fahrer einen Bremswunsch durch Betätigung des Bremshebels verwirklicht. Der als Sensoreinrichtung 5 verwendete Dehnungsmessstreifen erfasst dabei eine am Bremshebel 8 ausgeübte Bremskraft des Fahrers, so dass in Abhängigkeit von der Bremskraft auf eine Höhe des Bremswunsches, d.h. eine leichte oder eine starke Bremsung, geschlossen werden kann. Um eine Überlastung des Akkus 3 zu vermeiden, begrenzt die Steuereinrichtung 4 dabei die Generatorleistung der elektrischen Maschine 2. Die Steuereinrichtung 4 steuert somit, inwieweit die Bremskraft für einen Bremswunsch des Fahrers durch Betätigung der elektrischen Maschine 2 als Generator bzw. durch Betätigung der konventionellen Bremsanlage bereitgestellt wird. Die Steuereinheit 4 kann dabei eine gewünschte Bremsleistung in beliebigem Umfang auf die elektrische Maschine im Generatorbetrieb bzw. die normale mechanische Bremsanlage verteilen.
  • Sobald der Akku 3 durch den Betrieb der elektrischen Maschine als Generator vollständig aufgeladen wurde, soll dieser nicht mehr geladen werden, um Schäden an den Bauteilen des Akkus 3 zu vermeiden. Hierzu können dann beispielsweise Widerstände vorgesehen sein, an denen die durch die elektrische Maschine im Generatorbetrieb erzeugte Leistung in Wärme umgewandelt wird.
  • Somit kann erfindungsgemäß neben der Rückgewinnung von Energie beim Bremsen des Fahrrads 1 auch eine Reduzierung eines Verschleißes der mechanischen Bremsanlage erreicht werden. Ferner kann durch Betreiben der elektrischen Maschine 2 als Generator mit Bremswirkung ferner auch bei einer nassen Fahrbahn eine sichere Bremsung erreicht werden. Zum Bremsen muss ein Fahrer dabei lediglich den Bremshebel in gewohnter Weise betätigen und die Steuereinheit 4 bestimmt dann, inwieweit eine Bremsung über den Generatorbetrieb der elektrischen Maschine bzw. die konventionelle Bremsanlage erfolgen soll. In Figur 4 ist ein typischer Bremsvorgang des Fahrrads als Diagramm der Bremskraft F über der Zeit t dargestellt. Zu Beginn der Bremsung im Zeitpunkt t0, d.h. dem Zeitpunkt, an dem der Fahrer beginnt, am Bremshebel zu ziehen, wird zuerst ausschließlich mittels der als Generator betriebenen elektrischen Maschine 2 gebremst (durchgezogene Linie I). Hierbei steigt die Bremskraft linear bis zu einem Wert F1 an, welcher zu einem Zeitpunkt t1 erreicht wird. Im weiteren Verlauf der Bremsung bleibt dann die Bremskraft durch den Generator konstant. Zum Zeitpunkt t1 wird zusätzlich noch mit der mechanischen Bremsung begonnen, was in Figur 4 durch die gestrichelte Linie II angedeutet ist. Die durch die mechanische Bremsanlage erzeugte Bremskraft steigt dabei linear an. Somit kann bei einer Addition der elektrischen Bremskraft (Linie I) und der mechanischen Bremskraft (Linie II) eine kontinuierliche lineare Bremskrafterzeugung mit konstanter Steigung verwirklicht werden, ohne dass dabei der Akku 3, beispielsweise durch einen zu hohen Strom, beschädigt werden kann.
  • Somit misst die Sensoreinrichtung 5, die die vom Fahrer am Bremshebel 8 aufgebrachte Kraft und die Steuereinheit 4 bestimmt, basierend auf dem gemessenen Kraftwert einen negativen Motorstrom, welcher proportional zur Kraft am Bremshebel ist. Über diesen Motorstrom erfolgt dann eine Aufladung des Akkus 3. Wenn die vom Fahrer aufgebrachte Kraft am Bremshebel ansteigt bzw. größer als ein maximal zulässiger Ladestrom des Akkus 3 ist, wird der Ladestrom konstant gehalten und die konventionelle Bremse aktiviert.
  • Figur 6 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Handbremse 6. Im Unterschied zu der in Figur 5 gezeigten Handbremse weist die Handbremse 6 von Figur 6 als Sensoreinrichtung ein Potentiometer 16 auf. Das Potentiometer 16 ist dabei an der Halterung 9 der Handbremse angeordnet und bestimmt über eine Wegänderung des Bautenzugs 15 eine am Bremshebel 8 aufgebrachte Bremskraft. Das Potentiometer ist ebenfalls mit der Steuereinheit 4 verbunden, so dass die Steuereinheit 4 in Abhängigkeit von den vom Potentiometer erhaltenen Signalen die elektrische Maschine 2 als Generator steuert.

Claims (9)

  1. Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb, umfassend
    - eine elektrische Maschine (2), welche als Elektromotor und als Generator betreibbar ist,
    - einen Akku (3) zur Speicherung elektrischer Energie, welcher mit der elektrischen Maschine (2) verbunden ist,
    - eine mechanische oder hydraulische Bremsanlage,
    - eine Sensoreinrichtung (5), welche an der Bremsanlage angeordnet ist, um eine vom Fahrer gewünschte Höhe einer Bremskraft zu erfassen, und
    - eine Steuereinheit (4), die ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem Signal der Sensoreinrichtung (5) die elektrische Maschine (2) als Generator zu betreiben und zumindest einen Teil der notwendigen Bremsleistung durch den Generatorbetrieb der elektrischen Maschine (2) bereitzustellen und gleichzeitig den Akku wieder aufzuladen.
  2. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsanlage eine Handbremse (6) umfasst und die Sensoreinrichtung (5) in die Handbremse integriert ist.
  3. Fahrrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Handbremse einen Bremshebel (8) und eine Halterung (9) umfasst, und die Sensoreinrichtung (5) in den Bremshebel (8) und/oder in die Halterung (9) integriert ist.
  4. Fahrrad nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung ein Dehnungsmessstreifen oder ein Potentiometer (16) ist.
  5. Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) einen Ladestrom zum Laden des Akkus (3) durch die als Generator betriebene elektrische Maschine (2) auf einen vorbestimmten Wert begrenzt.
  6. Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Bremsvorgang die Steuereinheit (4) eine Bremsung des Fahrrads derart ausführt, dass bis zu einem vorgegebenen Wert der Bremskraft eine Bremsleistung ausschließlich mittels der als Generator betriebenen elektrischen Maschine (2) erzeugt wird.
  7. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine (2) eines Fahrrads als Bremse, wobei eine Steuereinheit (4) nach Erfassen eines Bremswunsches eines Radfahrers die elektrische Maschine (2) als Generator betreibt und das Fahrrad durch den Generatorbetrieb der elektrischen Maschine abbremst sowie einen Ladestrom zum Aufladen eines Akkus (3) des Fahrrads erzeugt, wobei eine durch die als Generator betriebene elektrische Maschine (2) erzeugte Bremswirkung proportional zu einer Bremskraft an einer Bremseinrichtung, insbesondere einer Handbremse (6), des Fahrrads ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) bei Überschreiten einer durch die als Generator betriebene elektrische Maschine (2) bereitgestellten Bremsleistung die restliche Bremsleistung mittels einer mechanischen und/oder hydraulischen Bremsanlage erzeugt.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) bis zu einem vorbestimmten Wert einer Bremsleistung die Bremsleistung ausschließlich mittels der als Generator betriebenen elektrischen Maschine bereitstellt.
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